磁齿轮传动式两级飞轮储能装置设计,该文是关于飞轮论文范文，为你的论文写作提供相关论文资料参考。
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摘 要：
简要介绍飞轮储能技术特点,磁齿轮传动原理及其特性；在分析两级飞轮储能装置储能原理和能量存储密度的基础上,提出采用内啮合磁齿轮传动方式替代外啮合机械齿轮传动的两级飞轮储能装置设计方案；针对该装置的飞轮、磁齿轮传动副等主要零部件进行结构设计,并分析设计参数选择确定应考虑的主要影响因素；利用SolidWorks软件仿真得出了所设计装置的永磁式磁齿轮传动副可传递的最大转矩,并计算出储能密度等指标.得出该装置和外啮合机械齿轮传动的两级飞轮储能装置相比具有更大的储能密度.
关键词：
两级飞轮；永磁齿轮；磁传动副；储能密度
中图分类号：TH 132文献标识码：A文章编号：1001-005X（2017）02-0068-05
Design of Two-stage Flywheel Energy Storage Devicewith Magnetic Gear Transmission
Duan Chao,Chu Jiangwei*,Li Hongliang
（College of Traffic,Northeast Forestry University,Harbin 150040）
Abstract：
The characteristics of flywheel energy storage technology along with the principle and characteristics of the magnetic gear transmission were introduced briefly.Based on the analysis of the energy storage principle and energy storage density,the design of the two-stage flywheel energy storage device using inner meshing magnetic gear transmission was proposed instead of outer meshing mechanism gear.By analyzing the main factors in the selection of design parameters,the main parts of the device including the flywheel and the magnetic gear transmission were conducted physical design.The maximum torque of the permanent magnetic gear transmission was computed using SolidWorks software,and the energy storage density as well as other indicators were calculated.It was concluded that the designed device is of more capable for energy storage compared with two-stage flywheel energy storage device with outer meshing mechanism gear transmission.
Keywords：
two-stage flywheel；permanent magnetic gear；magnetic gear transmission；energy storage density
0引言
飛轮储能系统以高速旋转的飞轮作为载体储存机械能,当飞轮转速增高时储存能量,而飞轮转速降低时释放能量.飞轮储能具有效率高,储能密度大,循环寿命长,对环境无污染等优点[1-2].但现有飞轮储能系统普遍是通过电动机和发电机对飞轮储能系统进行能量储存和释放,从储能到释放能量的过程中存在两次能量的转化[3],这就造成了能量的损失,对此有学者提出了不含电力电子装置的飞轮储能系统,实现了对机械能直接储存,而这种系统中存在机械齿轮,机械齿轮高速旋转会产生振动和噪声,这就造成了能量损失.
磁齿轮传动方式为非接触传动,主动轮和从动轮间无接触,具有无摩擦损耗,低振动,低噪声,高可靠性等优点[4],这样就避免了上述问题.永磁齿轮按其耦合方式分为直接耦合式和磁场调制式.直接耦合式磁齿轮又分为外耦合式,内耦合式.磁场调制式永磁齿轮结构较为复杂,因为调磁环需要固定在内外转子之间而造成装配难度大.直接耦合式永磁齿轮结构简单,装配难度低,但所能传递的力矩较小,其中外耦合式磁齿轮传递转矩波动较大,内啮合式磁齿轮运行稳定可靠.
由于磁传动具有上述特点,本文提出了一种具有磁齿轮的飞轮储能装置,分析了飞轮储能及磁齿轮原理,设计了磁齿轮传动式两级飞轮储能装置,应用SolidWorks EMS 电磁有限元分析软件分析了永磁齿轮传动副可传递的最大转矩,对磁齿轮传动式两级飞轮储能装置的储能密度进行了计算.
1磁齿轮传动原理
11转矩传动
永磁齿轮以永磁体替代机械齿轮的轮齿,当永磁体在永磁齿轮上沿周向按N、S极相间布置时,磁齿轮副力传动模型如图1所示.
当主动磁极静止时,在磁场的作用下被动磁极也处于静止平衡状态,如图1（a）所示.若主动磁极转动,磁极间磁场引力的平衡就被打破,磁极间产生相互作用力,带动从动盘同向转动,以达到新的平衡[5],如图1（b）所示.
主动磁极对被动磁极的作用力F1和F2在垂直于运动方向上的分量F1x和F2x方向相反相抵消,而在运动方向的分量F1y和F2y方向相同相互叠加,并对被动磁齿轮的转动中心产生力矩,实现了磁齿轮传动副的转矩传递[6].
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